Valutazione comparativa della produzione di biogas e della stabilità del processo in sistemi di degestione anaerobica convenzionali e assistiti da sistemi bioelettrochimici (BES)

La digestione anaerobica (AD) dei fanghi di depurazione consente di stabilizzare la materia organica e recuperare energia sotto forma di biogas. L’integrazione di sistemi bioelettrochimici (BES) può rappresentare una strategia per aumentare l’efficienza del processo e favorire la conversione degli intermedi metabolici. Il presente lavoro ha confrontato un sistema convenzionale (AD) e un sistema assistito da BES (AD-BES), entrambi con volume operativo di 10 L e alimentati con fanghi di depurazione municipali. I reattori sono stati monitorati per 230 giorni, valutando produzione e composizione del biogas, rimozione della sostanza organica, parametri chimico-fisici, acidi grassi volatili e comunità microbica. È stata inoltre analizzata la stabilità del processo in termini di resistenza e resilienza a una perturbazione legata al substrato. Dopo l’attivazione del BES, AD-BES ha prodotto mediamente circa 2,5 volte più biogas rispetto ad AD. L’aumento della produzione gassosa non è stato associato a una maggiore rimozione della sostanza organica: AD ha infatti mostrato una maggiore efficienza di rimozione dello SCOD, pari mediamente all’89,22% contro l’80,23% di AD-BES. I risultati suggeriscono quindi che il BES possa aver favorito principalmente la conversione degli intermedi solubili verso i prodotti gassosi, piuttosto che aumentare la degradazione complessiva del substrato. L’analisi della stabilità ha evidenziato una maggiore resistenza di AD-BES alla perturbazione, con una riduzione della produzione di biogas del 47,9%, rispetto all’85,4% osservato in AD. AD ha tuttavia mostrato un recupero più rapido, mentre AD-BES ha recuperato quasi completamente le prestazioni entro due successivi batch. Nel complesso, l’integrazione del BES ha determinato un aumento della produttività di biogas e una maggiore resistenza alla perturbazione, senza un aumento sistematico della percentuale di metano o della rimozione della sostanza organica. I risultati evidenziano pertanto il potenziale dell’AD-BES come strategia per incrementare il recupero energetico dai fanghi di depurazione e migliorare la robustezza del processo.